Năng lượng sinh học - sản xuất difezen từ phụ phẩm động, thực vật

Năng lượng sinh học - sản xuất difezen từ phụ phẩm động, thực vật

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM

LỜI CẢM ƠN

Với nhu cầu tìm tòi, học hỏi và trao đổi kinh nghiệm, nhóm 4 chúng em đã cùng nhau thảo luận và hình thành nên một bài tiểu luận về đề tài thuộc Công nghệ sinh học năng lượng Nhóm sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ cũng như sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trịnh Xuân Ngọ Đồng thời toàn thể nhóm cũng muốn gửi lời cảm ơn về phía trường Đại học Công nghiệp TpHCM

đã hỗ trợ cho chúng em trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận bằng cách cung cấp những kiến thức cơ bản thông qua sự trao đổi trực tiếp giúp chúng em định hướng được mình nên làm những gì

Tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em được tiếp cận với môn học này cho nên việc mắc phải sai sót là không sao tránh khỏi Vì vậy chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp để dần hoàn thiện hơn những kiến thức của mình đã có.Xin chân thành cảm ơn!

Đại diện nhóm 4Nguyễn Quang Minh

DANH SÁCH NHÓM 4

• NGUYỄN QUANG MINH 10046201

• NGUYỄN KHÁNH VŨ 10024991

• BÙI THỊ THANH AN 10045821

• DƯƠNG NGỌC LAN ĐÀI 10043961

• ĐOÀN THỊ THÚY LIỄU 10045351

• HỒ VŨ LINH 10037371

• TRẦN THỊ THÙY HẠNH 10039821

• NGUYỄN THỊ THU HỒNG 10039641

MỤC LỤC

PHẦN I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 4 PHẦN II NỘI DUNG 5

Công cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ XVIII ở Châu Âu đã có sự tác động tới toàn cầu, với sự tiến bộ trong khoa học kỹ thuật đã đưa đến quá trình công nghiệp hoá trên toàn thế giới với các quá trình cơ khí hoá nông nghiệp, cơ giới hoá và đô thị hoá Công nghiệp là động lực của sự phát triển nhanh chóng trên toàn thế giới Những thành tựu của kỹ thuật mới như

người máy, máy vi tính, ô tô, vi điện tử, laze, công nghệ thông tin, nguyên liệu mới và công nghệ sinh học đã cung cấp cơ sở và động lực cho sự hiện đại hoá nền công nghiệp truyền thống Tái sử dụng chất thải công nghiệp, sử dụng hiệu quả năng lượng và thay thế một số loại nguyên vật liệu là xu hướng nổi bật trong lĩnh vụ công nghiệp hoá hiện đại hoá [1].

Mặc dù có các tiến bộ quan trọng như vậy nhưng công nghiệp hoá lại đưa đến những hậu quả khôn lường CNH-HĐH đã phá hoại môi trường sống của chúng ta, nó làm ô nhiễm đất, nước, không khí, gây ra tiếng ồn, mưa axit, hoang mạc hoá, sự ấm lên toàn cầu và phá huỷ tầng ozôn…

Vậy làm thế nào vừa tiến hành công nghiệp hoá để phát triển kinh tế mà không gây những ảnh hưởng xấu đến môi trường, đó là một vấn đề được cả thế giới quan tâm nhằm tìm

ra một câu trả lời thích hợp nhất Một trong những câu trả lời của bài toán hóc búa này chính là

“năng lượng sinh học” Vậy năng lượng sinh học là gì? Nó có những ưu điểm gì? Việt Nam

và các nước trên Thế giới đã thực hiện nó như thế nào…?Dựa trên những cơ sở đó tôi đã chọn

đề tài: “năng lượng sinh học- sản xuất diezen từ động, thực vật” làm đề tài tiểu luận của

mình

PHẦN II NỘI DUNG

2.1 Vấn nạn toàn cầu

2.1.1 Thực trạng hiện nay về sử dụng các năng lượng truyền thống

Hiện nay Trung Quốc đã trở thành quốc gia sử dụng năng lượng lớn nhất thế giới, danh hiệu mà Mỹ đã nắm giữ từ đầu những năm 1900 đến nay Cụ thể, theo IEA, tổng năng lượng tiêu thụ (gồm tất cả các loại năng lượng tiêu thụ như dầu, khí đốt thiên nhiên, than đá, hạt nhân, thuỷ điện ) của Trung Quốc trong năm qua tương đương 2,252 tỉ tấn dầu mỏ, cao hơn 4% so với 2,170 tỉ tấn dầu mỏ của Mỹ, nước có mức tiêu thụ năng lượng cao hơn Trung Quốc gấp hai lần cách đây 10 năm

Số liệu trên có lẽ không có gì quá bất ngờ, vì tỷ lệ tiêu thụ năng lượng hàng năm của Trung Quốc sau khi gia nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) năm 2001 luôn tăng ở mức hai con số, nhất là từ lúc nước này vượt qua Mỹ trở thành quốc gia tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính số một thế giới năm 2007 Tuy nhiên, các chuyên gia

và nhà quản lý năng lượng của Trung Quốc cho rằng số liệu của IEA là thiếu chính xác, do cơ quan này sử dụng tiêu chí đánh giá khác so với các cơ quan chức năng của Trung Quốc Chẳng hạn, số liệu của Văn phòng Thống kê Quốc gia của Trung Quốc hồi tháng 2-2010 cho biết tổng năng lượng tiêu thụ của nước này hồi năm ngoái tương đương 3,066 tỉ tấn than tiêu chuẩn, tức chỉ khoảng 2,146 tỉ tấn dầu mỏ, thấp hơn 1%

so với Mỹ Cơ quan Thông tin Năng lượng của Mỹ hồi tháng 4 vừa qua cũng đã dự đoán Trung Quốc chưa thể qua mặt Mỹ về mức tiêu thụ năng lượng từ nay cho đến ít nhất vào năm 2015

Thế nhưng, ngay cả số liệu của Trung Quốc cũng cho thấy thời điểm nước này vượt qua Mỹ trở thành quốc gia tiêu thụ năng lượng lớn nhất hành tinh đang đến rất gần

Có điều, xét trong bối cảnh năm 2009, nền kinh tế Trung Quốc vẫn duy trì tốc độ tăng trưởng cao, trong khi nền kinh tế Mỹ lâm vào suy thoái nghiêm trọng nên mức tiêu thụ năng lượng giảm mạnh Do vậy, theo các nhà phân tích, chính quyền Bắc Kinh đang phải dè dặt đón nhận thông tin nhạy cảm của IEA vào thời điểm hiện tại Bởi cái danh hiệu này nói lên rằng nền kinh tế dựa vào ngành công nghiệp chế tạo của Trung Quốc sử dụng năng lượng rất thiếu hiệu quả Nếu so sánh giá trị GDP thì chỉ số này của Trung Quốc chỉ bằng 1/3 của Mỹ, tức 5.000 tỉ USD so với hơn 14.000 tỉ USD Hiệu quả sử dụng năng lượng tính trên đơn vị GDP của Trung Quốc năm 2003 thấp hơn 11,5 lần so với Nhật Bản, 4,3 lần so với Mỹ và gần 4 lần so với trung bình của thế giới Hiện nay, theo IEA, Mỹ đã cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng thêm

2,5%/năm, trong khi Trung Quốc chỉ có 1,7%/năm

Báo cáo của IEA cũng sẽ tiếp tục gây áp lực lên Trung Quốc trong tiến trình đàm phán cắt giảm khí thải để chống biển đổi khí hậu toàn cầu Khoảng 70% năng lượng tiêu thụ của nước này được sử dụng từ than đá, một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường lớn nhất Tỷ lệ sử dụng than đá ở Mỹ chưa đầy 1/4 so với Trung Quốc Ngược lại, mức tiêu thụ dầu mỏ ở Trung Quốc chưa tới 1/5 so với ở Mỹ, nước xài loại nhiên liệu hoá thạch này chiếm gần 50% trên tổng năng lượng tiêu thụ Tuy nhiên, người Trung Quốc đang có nhu cầu dầu mỏ ngày càng lớn vì lượng xe hơi được tiêu thụ mạnh với đà cải thiện thu nhập Số liệu của IEA đồng thời khiến Trung Quốc có thể gặp khó khăn trong quá trình tìm kiếm nguồn cung ứng trên thị trường năng lượng toàn cầu Các nước phát triển sẽ nhìn Trung Quốc như là một mối đe doạ về an ninh năng lượng, vì thế việc ký hợp đồng năng lượng sẽ khó khăn và đắt đỏ hơn

Biểu đồ thể hiện sản lượng khai thác dầu mở của trung quốc(1990-2004)

2.1.3 Hậu quả

Trong bầu khí quyển của trái đất, hiệu

ứng nhà kính tức là hiện tượng trái đất

nóng dần lên là một hiện tượng rõ ràng

Nếu không có hiệu ứng này, trái đất sẽ

được bao bọc bởi băng Hàng ngàn năm

qua, một mức độ khí nhà kính tương đối

ổn định đã tạo ra môi trường thuận lợi

cho loài người tiến hóa, phát triển

Trong thế kỷ 21, các hoạt động của con người có thể sẽ làm tăng gấp đôi lượng khí nhà kính, vốn là các loại khí giữ nhiệt Nếu nhìn lại lịch sử của loài người thì sự gia tăng khí nhà kính riêng trong thế kỷ 21 là quá đột ngột, chưa từng có tiền lệ Hầu hết các năng lượng ngày nay đều bắt nguồn từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, đây là những nhiên liệu để tạo ra điện, để vận hành các nhà máy, các phương tiện đi lại và để giúp sưởi ấm trong các hộ gia đình Các nguồn nhiêu liệu hóa thạch như than, dầu và khí đốt tự nhiên đang được tiêu thụ nhanh tới mức chúng

sẽ gần như cạn kiệt trong thế kỷ tới Ðối với các loại nhiên liệu hóa thạch, các chất thải đều được thải trực tiếp vào trong không khí dẫn đến thủng tầng ô zôn

Trong số này nhiều loại chất thải tồn tại đưới dạng khí nhà kính như đi-ô-xít các-bon Mỗi năm các chất thải từ nhiên liệu hóa thạch đã đưa thêm 25 tỉ tấn đi-ô-xít các-bon vào khí quyển, như vậy là 70 triệu tấn mỗi ngày, hay 800 tấn mỗi giây Các chuyên gia trên thế giới, thông qua Ủy ban nghiên cứu thay đổi khí hậu liên chính phủ của Liên hiệp quốc, đang cùng hợp tác để phân tích những ảnh hưởng của hiện tượng khí giữ nhiệt tăng nhanh chóng.

Tác động của hiện tượng thay đổi khí hậu rất phức tạp và có rất nhiều lý thuyết trái ngược nhau về vấn đề này Nhưng các nhà khoa học đều nhất trí rằng khí nhà kính tăng lên sẽ làm cho trái đất thu hút thêm nhiều nhiệt từ mặt trời Hầu hết các nhà khoa học về khí hậu đều cho rằng khí nhà kính do con người tạo ra là nguyên nhân dẫn tới tình trạng trong 15 năm qua có 10 năm được coi là nóng nhất trong lịch sử Nhìn chung, các chuyên gia về khí hậu đều cảnh báo rằng gia tăng khí nhà kính sẽ là một hiện tượng khủng khiếp trong thế kỷ tới Nước biển dâng cao, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, bão lớn, nạn hạn hán cùng hiện tượng lan tràn dịch bệnh có thể sẽ phá hoại sản xuất lương thực và nơi sinh sống của con người ở nhiều nơi Các chuyên gia cảnh báo rằng thay đổi lớn về khí hậu có thể sẽ làm xáo trộn bầu sinh quyển Tất cả các nước trên thế giới đều

có liên quan tới khí hậu thay đổi, cả về nguyên nhân lẫn hậu quả của nó Trung bình mỗi người dân Bắc Mỹ mỗi ngày thải 54 ki lô gam chất đi-ô-xít các-bon vào không khí Tại Châu Âu và Nhật Bản, mức chất thải này tính theo đầu nguời là hơn 23 ki lô gam Tại Trung quốc, một nước đang phát triển rất nhanh với 1,3 tỉ dân, mức thải đi-ô-xít các-bon hàng ngày đã vượt quá 6 ki lô gam mỗi người

Người ta ví rằng, nếu

lịch sử là dòng sông thì

con người đã tiến tới

sát đáy sông Dân số

thế giới ngày nay chiếm

hơn một nửa dân số của

nhân loại từ trước tới

nay Trong vòng 50

năm tới, con người trên

toàn cầu sẽ dùng nhiều

năng lượng hơn phần năng lượng mà con người đã từng sử dụng trong lịch sử Loài người đang đối mặt với một tương lai có nhiều thay đổi lớn, cả trong cách thức tạo ra năng lượng cũng như tình trạng của hành tinh trái đất

Theo dự báo của các nhà khoa học, đến khoảng năm 2050-2060, nếu không tìm được những nguồn năng lượng mới thay thế, thế giới có thể lâm vào khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng Bởi vậy, nhiên liệu sinh học đã thu hút nhiều nhà khoa học, nhà đầu tư trên thế giới, đặc biệt là Mỹ, Đức, Trung Quốc, Ấn Độ

>>> Vậy chúng ta phải làm gì trức thực trạng này đây???

Câu trả lời đó là:

• Tiết kiệm

• Tích cực đi tìm nguồn năng lượng thay thế: “NĂNG LƯỢNG SINH HỌC”

Ngoài ra còn có 2 cách định nghĩa CNSH một cách tổng quát nhất:

-Do UNESCO (1985) định nghĩa: CNSH là công nghệ sử dụng một bộ phận hay

tế bào riêng lẻ của cơ thể sinh vật vào viêc khai thác sản phẩm của chúng

-Do trường luật (1995) định nghĩa: CNSH là công nghệ chuyển 1 hay nhiều gen vào sinh vật chủ nhằm mục đích khai thác sản phẩm và chức năng của gen đó

2.2.2 Năng lượng sinh học là gì?

Năng lượng sinh học: NLSH là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật nhưng đây chỉ là những dạng nhiên liệu thô NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật) Hay nói cách khác; NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ):

• Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống

• Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống

Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật thì con người đã tìm ra được

nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt đó là:

2.3.1 Từ phụ phẩm động vật (mỡ cá tra và cá ba sa)

Tại các nhà máy chế biến thủy sản, cá tươi được lóc hai miếng phi-lê để chế biến xuất khẩu Phần còn lại chiếm khoảng 60% gồm da, xương, đầu, bụng, mỡ, ruột, kỳ vi Sau khi chiên, mỡ bụng của cá được loại nước để được mỡ chất lượng cao Có thể tiếp tục tinh luyện loại mỡ này bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học để sử dụng trong thực phẩm Các phụ phẩm còn lại như da, đầu, xương, kỳ vi… được chế biến thành bột hoặc

mỡ cá sử dụng chủ yếu làm thức ăn gia súc Hiện nay có hai phương pháp để sản xuất

mỡ cá sau khi xuất khẩu philê cá hoặc từ cá tươi, đó là phương pháp truyền thống hoặc hiện đại

1 Phương pháp truyền thống

Quy trình sản xuất thủ công hiện nay ở hầu hết các nhà máy chế biến thủy sản ở các tỉnh ĐBSCL Việc sản xuất mỡ và bột cá từ phế phẩm cá tra và cá basa hiện nay đang diễn ra tự phát, quy mô nhỏ, phương pháp thủ công nên tỷ lệ thu hồi rất thấp, khoảng từ 10% - 16% so với 20% - 22% bằng phương pháp công nghiệp Mỡ nấu từ phương pháp này thường có hàm lượng nước, axit tự do và cặn cao, màu sắc không đều, có mùi tanh Việc áp dụng công nghệ thông thường để sản xuất biodiesel từ loại mỡ này với xúc tác kiềm không thu được hiệu quả cao Nước là nguyên nhân tạo xà phòng trong quá trình sản xuất gây khó khăn và làm tăng chi phí cho quá trình tinh chế biodiesel Ngoài ra, nước còn tạo môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển trong quá trình tồn trữ và lưu kho, làm cho mỡ dễ bị oxy hóa, ôi và có mùi khó chịu Cặn làm tắc nghẽn đường ống khi bơm nguyên liệu vào bồn phản ứng, làm giảm hiệu suất của sản phẩm Tỷ lệ thu hồi thấp còn làm tăng giá thành của mỡ và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

cho sản xuất biodiesel phải thực hiện qua hai giai đoạn Ở giai đoạn đầu tiên, xúc tác axit được dùng để chuyển axit béo tự do có trong mỡ cá thành biodiesel, sau đó tiếp tục

sử dụng xúc tác kiềm để chuyển hóa hoàn toàn mỡ cá thành biodiesel Sản xuất hai giai đoạn sẽ không có tính kinh tế vì làm tăng giá thành của sản phẩm Hiện nay, công nghệ chế biến mỡ cá được áp dụng rộng rãi trên thế giới không nấu trực tiếp mà chỉ gia nhiệt sau khi đã ép để loại trừ các phụ phẩm rắn (hình 4) Ưu điểm của quy trình này là không

sử dụng trực tiếp nhiệt độ nên mỡ cá có màu sáng hơn, quá trình ly tâm và lọc cho mỡ

có hàm lượng nước, axit béo tự do và cặn thấp hơn Phương pháp này có hiệu suất thu hồi mỡ cao, thời gian sản xuất ngắn, nên giá thành của mỡ thấp, nhưng chi phí đầu tư thiết bị lại khá lớn Để sử dụng hiệu quả nguyên liệu sản xuất biodiesel từ mỡ cá tra và basa, Nhà nước cần có chính sách khuyến khích các doanh nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu đầu tư thay đổi công nghệ chế biến mỡ và bột cá

2 Phương pháp hiện đại

Công nghệ HTPM làmột quy trình liên tục diễn ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao Điểm khác biệt so với các công nghệ đang thịnh hành ở chỗ công nghệ mới này không phải sử dụng chất xúc tác rất đắt tiền và cũng không sinh ra phế thải Hơn nữa nó cũng không đòi hỏi công đoạn tiền xử lý nguyên liệu đầu vào có hàm lượng axit béo tự

do cao (FFA- Free Fatty Acid)

Sản phẩm của quy trình là glycerol có độ tinh khiết cao, có giá trị thương mại cao hơn đối với công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và hóa dược Tất nhiên nó cũng có thể được dùng như dầu diesel sinh học chất lượng hoàn hảo